面向中低压配电网的柔性多状态开关拓扑选型研究
发布时间：2021-08-26 07:06
分布式电源与电动汽车接入规模化、用户用电需求多样化使得配电网潮流复杂、负荷不均衡等问题愈发凸显。柔性多状态开关（Flexible Multi-state Switch,FMS）是在若干关键节点上代替传统联络开关的新型智能配电设备,其采用电力电子技术,能够有效调节流经设备的有功及无功功率,实现潮流的连续灵活调控,具备促进新能源消纳、均衡馈线负荷、改善电能质量等功能,可增强配电网运行的可靠性与灵活性。由于不同拓扑结构的FMS性能各异,适用于不同的应用场景,同时相关选型指标的计算过程繁琐,缺乏有效的辅助分析与计算手段,因此本文重点针对适用于中低压配电网的FMS拓扑进行梳理分析和选型研究。首先,对FMS的研究现状进行综述,并且对不同变换类型的拓扑进行梳理,研究各拓扑在配电网馈线联络方面的可行性,其中交-直-交类型拓扑更适合于多馈线互联场景。以基于模块化多电平变流器拓扑（Modular Multilevel Converter,MMC）的FMS为例,研究FMS的基本工作原理并建立dq同步旋转坐标系下MMC拓扑的数学模型,在此基础上设计控制策略,为后续仿真验证进行铺垫。其次,对中低压配电网下的单端...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
交-直-交
系亩嗵趵∠叱【跋拢?２捎枚喽薋MS柔性互联以降低投资成本、提高经济效益。交-交类型拓扑由于难以扩展，不适用此类场景，并且对交流系统的频率和无功功率控制范围有限。交-直-交类型拓扑含有公共直流母线端，与柔性直流输电系统不同的是，各端与公共直流母线在物理距离上很靠近，可以封装在固定空间内，直流侧发生故障概率不高，同时没有交-交类型拓扑的固有问题，易于扩展。因此，更多地采用含有公共直流端的交-直-交类型拓扑。1.3.2交-直-交类型拓扑1）传统两电平变流器拓扑(Two-levelVoltageSourceConverter，2-VSC)，如图1.6(a)所示[79]。2-VSC拓扑结构简单、易于控制，但是在中压配电网场景下，功率模块耐压有限，需要采用功率器件串联或者升压变压器方式。中科院电工研究所团队于2014年提出了一种结合了升压变压器的交-直-交类型变流器[80]，其内部单个功率器件承受的电压应力降低，但需要功率器件并联的方式来均流，设备输出电压通过升压变压器提升，实现中压配电网馈线互联。传统两电平拓扑在低压配电网场景下研究已相当成熟，但在中压配电网场景应用时需要考虑器件动态均压或均流问题。uvjO112NSMSMSMSMSMSML0L0uvjCO1UdcuvjO1C1C2O2UdcUdc12N12NC0(a)两电平变流器拓扑(b)二极管箝位型三电平变流器拓扑(c)模块化多电平变流器拓扑图1.6交-直-交类型的典型拓扑
浙江大学硕士学位论文第2章柔性多状态开关基本原理及控制策略21ssdsdssqsdsdssqsdsdsqsdsq33()=2233(22)puiuiuiquiuiui=+==(2.16)可知，流向交流侧有功功率ps与isd成正相关，流向交流侧无功功率qs与isd成负相关。对式(2.15)进行拉普拉斯变换，频域形式的MMC外部动态特性数学模型为：sdsddifdsqsqsqdifqsd()()()()()()()()()()RLsisususLisRLsisususLisωω+=+++=+(2.17)由(2.17)可知输出电流取决于网侧电压和桥臂差模电压，描绘出外部等效传递函数图，如图2.9所示。图2.9MMC外部等效传递函数图由文献[85]，MMC的内部环流分量主要谐波分量为负序2次谐波形式，因此将式(2.13)变换时，式(2.14)中ωt分量替换为-2ωt分量，得到如下d-2q-2同步旋转坐标系（以2的同步速反向旋转）MMC内部动态特性的数学模型：()()armarmarmarrcirdcomdcirqarmciqcomqcirdrmam()()2()()()2()RLsisusLisRLsisusLisωω+=+=+(2.18)由(2.18)可知内部环流取决于桥臂共模电压，描绘出内部等效传递函数图，如图2.9所示。图2.10MMC内部等效传递函数图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态GA编码的柔性多状态开关选址策略[J]. 叶雨晴,马啸,林湘宁,李卓,陆翌,丁超. 高电压技术. 2020(04)
[2]智能配电柔性多状态开关技术、装备及示范应用[J]. 杨勇,李继红,周自强,黄晓明,陆翌,赵荣祥,裴雪军,查晓明,田杰,许烽. 高电压技术. 2020(04)
[3]考虑传统调控手段的配电网SOP选址定容方法[J]. 陈垚煜,耿光超,江全元,李继红,周自强,王朝亮. 高电压技术. 2020(04)
[4]基于配电网过载风险的柔性多状态开关容量优化配置[J]. 刘云栋,徐习东,裘鹏,王朝亮. 中国电机工程学报. 2020(11)
[5]直流配电网运行控制关键技术研究综述[J]. 李霞林,郭力,黄迪,赵一奇,王成山. 高电压技术. 2019(10)
[6]无变压器非对称式柔性多状态开关的零序抑制策略[J]. 许烽,陆翌,李继红,黄晓明,朱承治,陆承宇. 高电压技术. 2019(10)
[7]不同端口柔性多状态开关对配电网运行调控能力的研究及对比分析[J]. 张释中,杨艳红,裴玮,孔力,孙建军,许烽. 高电压技术. 2019(10)
[8]柔性多状态开关优化接入的两步式决策方法[J]. 王志强,徐艺铭,刘文霞,李继红,周自强,陆翌. 高电压技术. 2019(10)
[9]含柔性多状态开关的配电网分布式自适应控制[J]. 张今,耿光超,江全元,杨勇,周自强. 电网技术. 2020(07)
[10]柔性多状态开关改进型下垂控制策略[J]. 蔡云旖,屈子森,杨欢,赵荣祥,杨勇,陆翌,许烽. 电网技术. 2019(07)
博士论文
[1]面向多运行场景的智能配电软开关运行与规划方法[D]. 宋关羽.天津大学 2017
[2]电压型多电平变换器若干关键技术研究[D]. 陈权.合肥工业大学 2007
硕士论文
[1]应用于10kV配电网中的双输出MMC拓扑的研究[D]. 周乐园.浙江大学 2019
[2]基于双闭环控制的三相电压型PWM整流器的设计与研究[D]. 尹志贵.哈尔滨工业大学 2018
[3]用于馈线互联的模块化多电平交-交变换器拓扑选型与控制策略研究[D]. 叶天华.浙江大学 2018
[4]基于DSP的大功率三相三电平逆变系统设计与实现[D]. 孙志成.兰州交通大学 2017
[5]利用柔性环网开关提高配电网光伏渗透率的研究[D]. 边国潮.北京交通大学 2016
[6]二极管箝位型三电平APF中点电压平衡算法研究及通用监控设备人机界面设计[D]. 朱洁.浙江大学 2016
[7]基于直接电流控制策略的三电平整流器的研究与设计[D]. 富勉.东北大学 2012
本文编号：3363788
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
交-直-交
系亩嗵趵∠叱【跋拢?２捎枚喽薋MS柔性互联以降低投资成本、提高经济效益。交-交类型拓扑由于难以扩展，不适用此类场景，并且对交流系统的频率和无功功率控制范围有限。交-直-交类型拓扑含有公共直流母线端，与柔性直流输电系统不同的是，各端与公共直流母线在物理距离上很靠近，可以封装在固定空间内，直流侧发生故障概率不高，同时没有交-交类型拓扑的固有问题，易于扩展。因此，更多地采用含有公共直流端的交-直-交类型拓扑。1.3.2交-直-交类型拓扑1）传统两电平变流器拓扑(Two-levelVoltageSourceConverter，2-VSC)，如图1.6(a)所示[79]。2-VSC拓扑结构简单、易于控制，但是在中压配电网场景下，功率模块耐压有限，需要采用功率器件串联或者升压变压器方式。中科院电工研究所团队于2014年提出了一种结合了升压变压器的交-直-交类型变流器[80]，其内部单个功率器件承受的电压应力降低，但需要功率器件并联的方式来均流，设备输出电压通过升压变压器提升，实现中压配电网馈线互联。传统两电平拓扑在低压配电网场景下研究已相当成熟，但在中压配电网场景应用时需要考虑器件动态均压或均流问题。uvjO112NSMSMSMSMSMSML0L0uvjCO1UdcuvjO1C1C2O2UdcUdc12N12NC0(a)两电平变流器拓扑(b)二极管箝位型三电平变流器拓扑(c)模块化多电平变流器拓扑图1.6交-直-交类型的典型拓扑
浙江大学硕士学位论文第2章柔性多状态开关基本原理及控制策略21ssdsdssqsdsdssqsdsdsqsdsq33()=2233(22)puiuiuiquiuiui=+==(2.16)可知，流向交流侧有功功率ps与isd成正相关，流向交流侧无功功率qs与isd成负相关。对式(2.15)进行拉普拉斯变换，频域形式的MMC外部动态特性数学模型为：sdsddifdsqsqsqdifqsd()()()()()()()()()()RLsisususLisRLsisususLisωω+=+++=+(2.17)由(2.17)可知输出电流取决于网侧电压和桥臂差模电压，描绘出外部等效传递函数图，如图2.9所示。图2.9MMC外部等效传递函数图由文献[85]，MMC的内部环流分量主要谐波分量为负序2次谐波形式，因此将式(2.13)变换时，式(2.14)中ωt分量替换为-2ωt分量，得到如下d-2q-2同步旋转坐标系（以2的同步速反向旋转）MMC内部动态特性的数学模型：()()armarmarmarrcirdcomdcirqarmciqcomqcirdrmam()()2()()()2()RLsisusLisRLsisusLisωω+=+=+(2.18)由(2.18)可知内部环流取决于桥臂共模电压，描绘出内部等效传递函数图，如图2.9所示。图2.10MMC内部等效传递函数图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态GA编码的柔性多状态开关选址策略[J]. 叶雨晴,马啸,林湘宁,李卓,陆翌,丁超. 高电压技术. 2020(04)
[2]智能配电柔性多状态开关技术、装备及示范应用[J]. 杨勇,李继红,周自强,黄晓明,陆翌,赵荣祥,裴雪军,查晓明,田杰,许烽. 高电压技术. 2020(04)
[3]考虑传统调控手段的配电网SOP选址定容方法[J]. 陈垚煜,耿光超,江全元,李继红,周自强,王朝亮. 高电压技术. 2020(04)
[4]基于配电网过载风险的柔性多状态开关容量优化配置[J]. 刘云栋,徐习东,裘鹏,王朝亮. 中国电机工程学报. 2020(11)
[5]直流配电网运行控制关键技术研究综述[J]. 李霞林,郭力,黄迪,赵一奇,王成山. 高电压技术. 2019(10)
[6]无变压器非对称式柔性多状态开关的零序抑制策略[J]. 许烽,陆翌,李继红,黄晓明,朱承治,陆承宇. 高电压技术. 2019(10)
[7]不同端口柔性多状态开关对配电网运行调控能力的研究及对比分析[J]. 张释中,杨艳红,裴玮,孔力,孙建军,许烽. 高电压技术. 2019(10)
[8]柔性多状态开关优化接入的两步式决策方法[J]. 王志强,徐艺铭,刘文霞,李继红,周自强,陆翌. 高电压技术. 2019(10)
[9]含柔性多状态开关的配电网分布式自适应控制[J]. 张今,耿光超,江全元,杨勇,周自强. 电网技术. 2020(07)
[10]柔性多状态开关改进型下垂控制策略[J]. 蔡云旖,屈子森,杨欢,赵荣祥,杨勇,陆翌,许烽. 电网技术. 2019(07)
博士论文
[1]面向多运行场景的智能配电软开关运行与规划方法[D]. 宋关羽.天津大学 2017
[2]电压型多电平变换器若干关键技术研究[D]. 陈权.合肥工业大学 2007
硕士论文
[1]应用于10kV配电网中的双输出MMC拓扑的研究[D]. 周乐园.浙江大学 2019
[2]基于双闭环控制的三相电压型PWM整流器的设计与研究[D]. 尹志贵.哈尔滨工业大学 2018
[3]用于馈线互联的模块化多电平交-交变换器拓扑选型与控制策略研究[D]. 叶天华.浙江大学 2018
[4]基于DSP的大功率三相三电平逆变系统设计与实现[D]. 孙志成.兰州交通大学 2017
[5]利用柔性环网开关提高配电网光伏渗透率的研究[D]. 边国潮.北京交通大学 2016
[6]二极管箝位型三电平APF中点电压平衡算法研究及通用监控设备人机界面设计[D]. 朱洁.浙江大学 2016
[7]基于直接电流控制策略的三电平整流器的研究与设计[D]. 富勉.东北大学 2012
本文编号：3363788
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